JP5331419B2 - Positive electrode material for lithium ion secondary battery and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯型電子機器や電気自動車に用いられるリチウムイオン二次電池正極材料およびその製造方法に関する。詳細には、従来のコバルト酸リチウム(LiCoO2)に代わる、安価かつ安全性の高いリン酸鉄リチウム正極材料およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a positive electrode material for lithium ion secondary batteries used in portable electronic devices and electric vehicles, and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a lithium iron phosphate positive electrode material that is inexpensive and highly safe, replacing the conventional lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), and a method for producing the same.
リチウムイオン二次電池は、携帯電子端末や電気自動車に不可欠な高容量で軽量な電源としての地位を確立している。このリチウムイオン二次電池の正極材料には、これまでコバルト酸リチウムやマンガン酸リチウム(LiMnO2)等の無機金属酸化物が用いられてきている。近年の電子機器の高性能化による消費電力の増大に伴い、更なるリチウムイオン二次電池の高容量化が要求されている。また、環境保全問題やエネルギー問題の観点から、CoやMnなどの環境負荷の大きい材料からより環境調和型の材料への転換が求められている。さらに近年、コバルト資源の枯渇問題が注目されており、そのような観点からもLiCoO2に代わる安価な正極材料への転換が望まれている。 Lithium ion secondary batteries have established themselves as high-capacity and light-weight power supplies essential for portable electronic terminals and electric vehicles. In the past, inorganic metal oxides such as lithium cobaltate and lithium manganate (LiMnO 2 ) have been used as the positive electrode material of the lithium ion secondary battery. With the recent increase in power consumption due to higher performance of electronic devices, further increase in capacity of lithium ion secondary batteries is required. In addition, from the viewpoint of environmental conservation problems and energy problems, there is a demand for switching from materials with a large environmental load such as Co and Mn to more environmentally conscious materials. Further, in recent years, the problem of depletion of cobalt resources has attracted attention, and from such a viewpoint, conversion to an inexpensive positive electrode material replacing LiCoO 2 is desired.
近年、コストおよび資源などの面で有利なことから、鉄を含有するリチウム化合物の中で、マンガン系スピネル型、NASICON型Li3Fe2(PO4)3およびオリビン型LiFePO4結晶が注目されており、種々、研究および開発が進められている(例えば、特許文献1参照)。中でもオリビン型LiFePO4はLiCoO2に比べて温度安定性に優れ、高温での安全な動作が期待される。また、リン酸を骨格とする構造ゆえに、充放電反応による構造劣化への耐性に優れるという特徴を有する。 In recent years, manganese spinel-type, NASICON-type Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 and olivine-type LiFePO 4 crystals have attracted attention among lithium compounds containing iron because they are advantageous in terms of cost and resources. Various researches and developments are underway (see, for example, Patent Document 1). Among them, olivine-type LiFePO 4 is superior in temperature stability to LiCoO 2 and is expected to operate safely at high temperatures. Further, because of the structure having phosphoric acid as a skeleton, it has a feature of excellent resistance to structural deterioration due to charge / discharge reaction.
なお、マンガン系スピネル型、NASICON型Li3Fe2(PO4)3およびオリビン型LiFePO4結晶の鉄サイトは、種々の遷移金属イオンで置換可能であることが知られている。例えば、完全に鉄をマンガンで置換した、Li3Mn2(PO4)3、LiMnPO4などや、部分置換したLi3(MnxFe1−x)2(PO4)3、LiMnxFe1−xPO4(0<x<1)なども正極材料としての機能を有する。 It is known that the iron sites of manganese spinel type, NASICON type Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 and olivine type LiFePO 4 crystals can be replaced with various transition metal ions. For example, Li 3 Mn 2 (PO 4 ) 3 , LiMnPO 4, etc., in which iron is completely replaced with manganese, partially substituted Li 3 (Mn x Fe 1-x ) 2 (PO 4 ) 3 , LiMn x Fe 1 -x PO 4 (0 <x < 1) , etc. also has a function as a cathode material.
リチウムイオン二次電池の正極材料に要求される特性としてイオン伝導度および電子伝導度が高いことが挙げられるが、リン酸鉄リチウム正極材料の電子伝導度はLiCoO2と比べて低いことが報告されている。 The characteristics required for the positive electrode material of the lithium ion secondary battery include high ionic conductivity and high electronic conductivity, but it has been reported that the electronic conductivity of the lithium iron phosphate positive electrode material is lower than that of LiCoO 2. ing.
炭素などの導電活物質をリン酸鉄リチウム正極材料に混合させれば、電子伝導度が高くなることが知られている。ところが、リン酸鉄リチウムの焼成と同時に導電活物質を混合すると、原料から生じるガスの影響により、リン酸鉄リチウム粒子表面に導電活物質を効率よく賦活できず、電子伝導度が低下する。 It is known that when a conductive active material such as carbon is mixed with a lithium iron phosphate positive electrode material, the electron conductivity is increased. However, when the conductive active material is mixed simultaneously with the firing of the lithium iron phosphate, the conductive active material cannot be efficiently activated on the surface of the lithium iron phosphate particles due to the influence of the gas generated from the raw material, and the electronic conductivity decreases.
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、リン酸鉄リチウム粒子表面に効率よく導電活物質を付与することが可能な、リチウムイオン二次電池正極材料およびその製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a condition, and provides the lithium ion secondary battery positive electrode material which can provide a conductive active material efficiently to the lithium iron phosphate particle surface, and its manufacturing method. For the purpose.
前記課題を解決すべく検討した結果、リン酸鉄リチウム結晶(LiFePO4結晶およびLi3Fe2(PO4)3結晶)を析出する前駆体ガラス(結晶性ガラス)をリチウムイオン二次電池正極材料の原料として用いることにより、粉末を焼成する際にガスを放出せず、焼成された結晶化ガラス粉末と電子伝導性を向上させる導電活物質とを効率よく複合化でき、導電性の高いリチウムイオン二次電池正極材料を得ることができることを見出し、本発明として提案するものである。 As a result of studying to solve the above problems, a precursor glass (crystalline glass) for depositing lithium iron phosphate crystals (LiFePO 4 crystals and Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 crystals) is used as a positive electrode material for lithium ion secondary batteries. By using as a raw material, it is possible to efficiently combine the fired crystallized glass powder with a conductive active material that improves electron conductivity without releasing gas when the powder is fired, and highly conductive lithium ions The present inventors have found that a secondary battery positive electrode material can be obtained and propose it as the present invention.
すなわち、本発明は、下記酸化物換算のモル%表示で、Li2O 20〜50%、Fe2O3 5〜40%、P2O5 20〜50%の組成を含有するリチウムイオン二次電池正極材料用結晶化ガラス粉末と、導電活物質とを含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池正極材料に関する。
That is, the present invention is, in mol% in terms of oxide, Li 2 O 20~50%, Fe 2
電池の正極材料として優れた導電性を得るためには、イオン伝導性および電子伝導性の両方について良好であることが要求される。そこで、本発明では、上記前駆体ガラス粉末を焼成することにより、均質な組成を有するリン酸鉄リチウム結晶を析出させた結晶子サイズの小さい結晶化ガラス粉末を作製することができ、イオン伝導性に優れたリチウムイオン二次電池正極材料を得ることが可能となった。また、上記前駆体ガラスを導電活物質と混合して焼成する、あるいは上記前駆体ガラス粉末を焼成して導電活物質を混合することにより、結晶化ガラス粉末粒子表面に効率よく導電活物質を賦活させることができ、不十分な電子伝導性を補い、導電性に優れたリチウムイオン二次電池正極材料を得ることが可能となったものである。 In order to obtain excellent conductivity as a positive electrode material for a battery, both ion conductivity and electron conductivity are required to be good. Therefore, in the present invention, by firing the precursor glass powder, a crystallized glass powder having a small crystallite size on which lithium iron phosphate crystals having a homogeneous composition are precipitated can be produced, and the ion conductivity is reduced. It was possible to obtain a positive electrode material for a lithium ion secondary battery excellent in the above. In addition, the precursor glass is mixed with a conductive active material and fired, or the precursor glass powder is fired and the conductive active material is mixed to efficiently activate the conductive active material on the surface of the crystallized glass powder particles. Thus, it is possible to obtain a lithium ion secondary battery positive electrode material that compensates for insufficient electron conductivity and is excellent in conductivity.
第二に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料は、前記結晶化ガラス粉末が、さらに、MnO 2 を含有し、前記結晶化ガラス粉末中のMnO 2 の含有量が、酸化物換算のモル%表示で、55%以下であることを特徴とする。 Second, the lithium ion secondary battery positive electrode material of the present invention, the crystallized glass powder further contains a MnO 2, the content of MnO 2 of the crystallized glass powder is moles of oxide equivalent It is characterized by being 55% or less in% display .
第三に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料は、前記結晶化ガラス粉末が、さらに、下記酸化物換算のモル%表示で、Nb2O5+V2O5+SiO2+B2O3+GeO2+Al2O3+Ga2O3+Sb2O3+Bi2O3 0.1〜25%の組成を含有することを特徴とする。 Thirdly , in the lithium ion secondary battery positive electrode material of the present invention, the crystallized glass powder is further expressed in terms of mol% in terms of the following oxide, Nb 2 O 5 + V 2 O 5 + SiO 2 + B 2 O 3 + GeO. It is characterized by containing a composition of 2 + Al 2 O 3 + Ga 2 O 3 + Sb 2 O 3 + Bi 2 O 3 0.1 to 25%.
第四に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料は、前記結晶化ガラス粉末が、LiFePO4結晶もしくはLi3Fe2(PO4)3結晶、またはそれらの固溶体を析出させてなるものであることを特徴とする。 Fourth, the lithium ion secondary battery positive electrode material of the present invention, the crystallized glass powder, LiFePO 4 crystal or Li 3 Fe 2 (PO 4) 3 crystal, or those made by precipitating solid solution thereof It is characterized by that.
第五に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料は、前記結晶化ガラス粉末が、LiMnXFe1−xPO4結晶またはLi3(MnxFe1−x)2(PO4)3結晶(0<x<1)を析出させてなるものであることを特徴とする。 Fifth, the lithium ion secondary battery positive electrode material of the present invention, the crystallized glass powder, LiMn X Fe 1-x PO 4 crystal or Li 3 (Mn x Fe 1- x) 2 (PO 4) 3 crystalline characterized in that (0 <x <1) is made to precipitate.
第六に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料は、導電活物質の含有量が、結晶化ガラス粉末100質量部に対して、0.1〜50質量部であることを特徴とする。 Sixth , the lithium ion secondary battery positive electrode material of the present invention is characterized in that the content of the conductive active material is 0.1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the crystallized glass powder.
第七に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料は、導電活物質が炭素系導電活物質であることを特徴とする。 Seventh , the positive electrode material of the lithium ion secondary battery of the present invention is characterized in that the conductive active material is a carbon-based conductive active material.
第八に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料は、炭素系導電活物質がグラファイト、アセチレンブラックまたはアモルファスカーボンであることを特徴とする。 Eighth , the lithium ion secondary battery positive electrode material of the present invention is characterized in that the carbon-based conductive active material is graphite, acetylene black or amorphous carbon.
第九に、本発明は、(1)下記酸化物換算のモル%表示で、Li2O 20〜50%、Fe2O3 5〜40%、P2O5 20〜50%の組成を含有するようにバッチを調合する工程、(2)バッチを溶融し、溶融ガラスを得る工程、(3)溶融ガラスを急冷し前駆体ガラスを得る工程、(4)得られた前駆体ガラスを粉砕し、前駆体ガラス粉末を得る工程、および(5)前駆体ガラス粉末をガラス転移温度〜1000℃で焼成し結晶化ガラス粉末を得る工程を含み、工程(5)において、ガラス粉末に有機化合物を添加し、不活性または還元雰囲気にて焼成を行うことにより、結晶化ガラス粉末に有機化合物由来の炭素系導電活物質を賦活することを特徴とするリチウムイオン二次電池正極材料の製造方法に関する。 Ninth , the present invention includes (1) a composition expressed by mol% in terms of the following oxides, and Li 2 O 20-50%, Fe 2 O 3 5-40%, P 2 O 5 20-50%. (2) a step of melting the batch to obtain a molten glass , ( 3) a step of rapidly cooling the molten glass to obtain a precursor glass, and (4) pulverizing the obtained precursor glass. A step of obtaining a precursor glass powder, and (5) a step of baking the precursor glass powder at a glass transition temperature to 1000 ° C. to obtain a crystallized glass powder. In step (5), an organic compound is added to the glass powder. In addition, the present invention relates to a method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, wherein a carbon-based conductive active material derived from an organic compound is activated in crystallized glass powder by firing in an inert or reducing atmosphere .
第十に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料の製造方法は、工程(1)において、前記バッチを調合する際に、前記バッチに、さらにMnO 2 を含有させ、かつ、前記バッチ中のMnO 2 の含有量が、酸化物換算のモル%表示で、55%以下となるようにバッチを調合することを特徴とする。 Tenth , in the method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention, when preparing the batch in step (1), the batch further contains MnO 2 , and The batch is prepared so that the content of MnO 2 is 55% or less in terms of mol% in terms of oxide .
第十一に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料の製造方法は、工程(1)において、さらに、下記酸化物換算のモル%表示で、Nb2O5+V2O5+SiO2+B2O3+GeO2+Al2O3+Ga2O3+Sb2O3+Bi2O3 0.1〜25%の組成を含有するようにバッチを調合する特徴とすることを特徴とする。 Eleventh , the method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention further includes, in the step (1), Nb 2 O 5 + V 2 O 5 + SiO 2 + B 2 in terms of the following oxide equivalent mol%. It is characterized in that the batch is formulated to contain 0.1-25% composition of O 3 + GeO 2 + Al 2 O 3 + Ga 2 O 3 + Sb 2 O 3 + Bi 2 O 3 .
第十二に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料の製造方法は、炭素系導電活物質がアモルファスカーボンであることを特徴とする。 Twelfth , the method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention is characterized in that the carbon-based conductive active material is amorphous carbon.
第十三に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料の製造方法は、有機化合物がグルコース、カルボン酸または有機バインダーであることを特徴とする。 Thirteenthly , the method for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention is characterized in that the organic compound is glucose, carboxylic acid or an organic binder.
第十四に、本発明のリチウムイオン二次電池正極材料の製造方法は、有機化合物がアクリル樹脂であることを特徴とする。 Fourteenth, method for producing a lithium ion secondary battery positive electrode material of the present invention, the organic compound is characterized in that an acrylic resin.
本発明のリチウムイオン二次電池正極材料用前駆体ガラスは、下記酸化物換算のモル%表示で、Li2O 20〜50%、Fe2O3 5〜40%、P2O5 20〜50%の組成を含有することを特徴とする。
組成を上記のように限定した理由を以下に説明する。
The precursor glass for a lithium ion secondary battery positive electrode material according to the present invention is expressed in terms of mol% in terms of the following oxides, and Li 2 O 20 to 50%, Fe 2 O 3 5 to 40%, P 2 O 5 20 to 50. % Composition.
The reason for limiting the composition as described above will be described below.
Li2Oは、リン酸鉄リチウムの主成分である。Li2Oの含有量は20〜50%、好ましくは25〜45%である。Li2Oの含有量が20%より少ない、あるいは50%より多いと、得られたガラスを焼成してもリン酸鉄リチウム結晶の析出が困難になる。 Li 2 O is a main component of lithium iron phosphate. The content of Li 2 O is 20 to 50%, preferably 25 to 45%. When the content of Li 2 O is less than 20% or more than 50%, it is difficult to precipitate lithium iron phosphate crystals even when the obtained glass is fired.
Fe2O3も、リン酸鉄リチウムの主成分である。Fe2O3の含有量は5〜40%、好ましくは10〜40%、より好ましくは15〜35%である。Fe2O3の含有量が5%より少ない、あるいは40%より多いと、得られたガラスを焼成してもリン酸鉄リチウム結晶の析出が困難になる。なお、原料としてFeOを用いてもよく、その場合はFe2O3に換算した量が前記範囲を満たせばよい。 Fe 2 O 3 is also a main component of lithium iron phosphate. The content of Fe 2 O 3 is 5 to 40%, preferably 10 to 40%, more preferably 15 to 35%. When the content of Fe 2 O 3 is less than 5% or more than 40%, it becomes difficult to precipitate lithium iron phosphate crystals even when the obtained glass is fired. Incidentally, it may be used FeO as the raw material, the amount that case the terms of Fe 2 O 3 may satisfy the above range.
P2O5も、リン酸鉄リチウムの主成分である。P2O5の含有量は20〜50%、好ましくは25〜45%である。P2O5の含有量が20%より少ない、あるいは50%より多いと、得られたガラスを焼成してもリン酸鉄リチウム結晶の析出が困難になる。 P 2 O 5 is also a main component of lithium iron phosphate. The content of P 2 O 5 is 20 to 50%, preferably 25 to 45%. When the content of P 2 O 5 is less than 20% or more than 50%, it becomes difficult to precipitate lithium iron phosphate crystals even when the obtained glass is fired.
本発明のリチウムイオン二次電池正極材料用前駆体ガラスにおいて、組成として、さらに、MnO2を含有することができる。MnO2はFe2O3と部分置換して、固溶体であるLiMnxFe1−xPO4結晶またはLi3(MnxFe1−x)2(PO4)3結晶(0<x<1)を析出しうる。MnO2の含有量は0〜55%、好ましくは15〜50%、より好ましくは20〜40%である。MnO2の含有量が55%を超えると、ガラス化しにくくなる。 The precursor glass for a lithium ion secondary battery positive electrode material of the present invention may further contain MnO 2 as a composition. MnO 2 is partially substituted with Fe 2 O 3 to form a solid solution of LiMn x Fe 1-x PO 4 crystal or Li 3 (Mn x Fe 1-x ) 2 (PO 4 ) 3 crystal (0 <x <1). Can be deposited. The content of MnO 2 is 0 to 55%, preferably 15 to 50%, more preferably 20 to 40%. When the content of MnO 2 exceeds 55%, vitrification becomes difficult.
なお、MnO2がFe2O3と置換する関係上、両成分の合量を制限することが好ましい。具体的には、Fe2O3とMnO2の合量は、好ましくは55%以下、より好ましくは40%以下、さらに好ましくは35%以下である。 Incidentally, on the relationship between MnO 2 is replaced with Fe 2 O 3, it is preferred to limit the total amount of both components. Specifically, the total amount of Fe 2 O 3 and MnO 2 is preferably 55% or less, more preferably 40% or less, and even more preferably 35% or less.
本発明のリチウムイオン二次電池正極材料用前駆体ガラスにおいて、組成として、さらに、Nb2O5+V2O5+SiO2+B2O3+GeO2+Al2O3+Ga2O3+Sb2O3+Bi2O3 0.1〜25%を含有することが好ましい。 In the precursor glass for a lithium ion secondary battery positive electrode material of the present invention, the composition further includes Nb 2 O 5 + V 2 O 5 + SiO 2 + B 2 O 3 + GeO 2 + Al 2 O 3 + Ga 2 O 3 + Sb 2 O 3 + Bi. preferably contains 2 O 3 0.1~25%.
Nb2O5、V2O5、SiO2、B2O3、GeO2、Al2O3、Ga2O3、Sb2O3およびBi2O3はガラス形成能を向上させる成分である。上記酸化物の含有量の合量が0.1%より少ないと、ガラス化が困難となる。一方、上記酸化物の含有量の合量が25%より多いと、焼成して得られる結晶化ガラス粉末の電気伝導度が低下する虞がある。 Nb 2 O 5 , V 2 O 5 , SiO 2 , B 2 O 3 , GeO 2 , Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , Sb 2 O 3 and Bi 2 O 3 are components that improve glass forming ability. . If the total content of the oxides is less than 0.1%, vitrification becomes difficult. On the other hand, if the total content of the oxides is more than 25%, the electrical conductivity of the crystallized glass powder obtained by firing may be lowered.
本発明のリチウムイオン二次電池正極材料用結晶化ガラスは、下記酸化物換算のモル%表示で、Li2O 20〜50%、Fe2O3 5〜40%、P2O5 20〜50%の組成を含有することを特徴とする。また、さらにNb2O5+V2O5+SiO2+B2O3+GeO2+Al2O3+Ga2O3+Sb2O3+Bi2O3 0.1〜25%を含有することが好ましい。組成をこのように限定した理由は、前記と同様である。 The crystallized glass for a lithium ion secondary battery positive electrode material of the present invention is expressed in terms of mol% in terms of the following oxides, and Li 2 O 20-50%, Fe 2 O 3 5-40%, P 2 O 5 20-50. % Composition. Further, Nb 2 O 5 + V 2 O 5 + SiO 2 + B 2 O 3 + GeO 2 + Al 2 O 3 + Ga 2 O 3 + Sb 2 O 3 + Bi 2 O 3 It is preferable to contain 0.1 to 25%. The reason for limiting the composition in this way is the same as described above.
本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料は、LiFePO4結晶またはLi3Fe2(PO4)3結晶、あるいは鉄をマンガン等、他の遷移金属元素と置換した固溶体結晶を析出させてなることが好ましい。 The positive electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention is formed by depositing a LiFePO 4 crystal or a Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 crystal, or a solid solution crystal in which iron is replaced with another transition metal element such as manganese. Is preferred.
従来、リチウムイオン二次電池用正極材料として注目されているオリビン型LiFePO4およびNASICON型Li3Fe2(PO4)3結晶の製造法としては、通常の固相反応、水熱合成、マイクロ波加熱法が知られているが、これらの方法は、生産性、粒径制御の点において課題を有している。そこで、より簡便で生産性が良好であり、かつガラス化が容易であり、しかも均質で緻密な正極材料が得られるため、製造方法として溶融急冷法を用いて前駆体ガラスを得た後に結晶化させることが好ましい。 Conventional production methods of olivine-type LiFePO 4 and NASICON-type Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 crystals that have been attracting attention as positive electrode materials for lithium ion secondary batteries include conventional solid-phase reactions, hydrothermal synthesis, and microwaves. Although heating methods are known, these methods have problems in terms of productivity and particle size control. Therefore, since it is simpler, better in productivity and easy to vitrify, and a homogeneous and dense cathode material can be obtained, crystallization is performed after obtaining a precursor glass using a melt quench method as a production method. It is preferable to make it.
なお、オリビン型LiFePO4中の鉄の原子価は+2価であるため、大気開放中で長時間溶融すると酸化還元平衡の関係から+3価に酸化されやすい。そこで、原子価状態を制御するために、前駆体ガラスを作製する際の原料にシュウ酸鉄などの+2価の試薬を添加することや、前駆体ガラス溶融中にグルコースなどの炭素を含有する還元剤をガラス原料100質量部に対して0.01〜50質量部の範囲で添加することが好ましい。また、還元性ガスを充満させた気密性に優れた反応容器中で溶融することも好ましい。さらに、一旦、前駆体ガラス粉末を作製し、水素、アンモニア、一酸化炭素などの還元雰囲気中にてガラス転移温度近傍で熱処理することで、価数状態を制御した後に結晶化温度近傍で熱処理することも、LiFePO4単一からなる結晶化ガラス粉末を作製する上で有効である。また、ガラス粉末を成型するために添加する有機バインダーは、焼成することで還元作用を奏するため、結晶化する前にガラス中の鉄の価数が+2に変化することから、LiFePO4を高い含有率で得ることができる。 In addition, since the valence of iron in the olivine-type LiFePO 4 is +2, it is likely to be oxidized to +3 due to redox equilibrium when melted for a long time in the atmosphere. Therefore, in order to control the valence state, a +2 valent reagent such as iron oxalate is added to the raw material for producing the precursor glass, or a reduction containing carbon such as glucose during the melting of the precursor glass. It is preferable to add the agent in the range of 0.01 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the glass raw material. It is also preferable to melt in a reaction vessel excellent in airtightness filled with a reducing gas. Furthermore, once the precursor glass powder is prepared and heat-treated near the glass transition temperature in a reducing atmosphere of hydrogen, ammonia, carbon monoxide, etc., heat treatment is performed near the crystallization temperature after controlling the valence state. This is also effective in producing a crystallized glass powder composed of a single LiFePO 4 . In addition, the organic binder added to mold the glass powder exhibits a reducing action by firing, so that the valence of iron in the glass changes to +2 before crystallization, so that it contains a high amount of LiFePO 4 Can be obtained at a rate.
一方、NASICON型Li3Fe2(PO4)3結晶中の鉄の原子価は+3価であるため、原料はあらかじめFe2O3などの原子価が+3価の原料を用いることや、前駆体ガラス溶融中に過酸化物やAs2O3、Sb2O3などの酸化剤を添加することや、酸素気流中で溶融することなどが好ましい。また一旦作製した前駆体ガラス粉末を、ガラス転移温度近傍で空気中あるいは酸化性ガス中で熱処理することも有効である。 On the other hand, since the valence of iron in the NASICON-type Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 crystal is +3, the raw material may be a raw material having a valence of +3 such as Fe 2 O 3 or a precursor. It is preferable to add an oxidizing agent such as peroxide, As 2 O 3 , Sb 2 O 3 during melting of the glass, or to melt in an oxygen stream. It is also effective to heat the precursor glass powder once produced in air or in an oxidizing gas in the vicinity of the glass transition temperature.
結晶化ガラス粉末の粒径は小さいほど正極材料全体としての表面積が大きくなり、イオンや電子の交換がより行いやすくなるため好ましい。具体的には、結晶化ガラス粉末の平均粒径は50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましく、20μm以下であることがさらに好ましい。下限については特に限定されないが、現実的には0.05μm以上である。 The smaller the particle size of the crystallized glass powder, the larger the surface area of the positive electrode material as a whole, which is preferable because it facilitates the exchange of ions and electrons. Specifically, the average particle size of the crystallized glass powder is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and even more preferably 20 μm or less. Although it does not specifically limit about a minimum, It is 0.05 micrometer or more actually.
結晶化ガラス粉末におけるLiFePO4結晶またはLi3Fe2(PO4)3結晶の結晶子サイズは小さいほど、結晶化ガラス粉末の粒径を小さくすることが可能となり、電気伝導性を向上させることができる。具体的には、結晶子サイズは100nm以下であることが好ましく、80nm以下であることがより好ましい。下限については特に限定されないが、現実的には1nm以上、さらには10nm以上である。なお、結晶子サイズは結晶化ガラス粉末に関する粉末X線回折の解析結果から、シェラーの式に従って求められる。 The smaller the crystallite size of the LiFePO 4 crystal or Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 crystal in the crystallized glass powder, the smaller the particle size of the crystallized glass powder, and the better the electrical conductivity. it can. Specifically, the crystallite size is preferably 100 nm or less, and more preferably 80 nm or less. The lower limit is not particularly limited, but is actually 1 nm or more, and further 10 nm or more. The crystallite size is determined according to Scherrer's formula from the analysis result of powder X-ray diffraction relating to the crystallized glass powder.
結晶化ガラス粉末におけるLiFePO4またはLi3Fe2(PO4)3の結晶量は20質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることがさらに好ましい。結晶量が20質量%未満であると、導電性が不十分となる傾向がある。なお、上限については特に限定されないが、現実的には99質量%以下、さらには95質量%以下である。 The crystal content of LiFePO 4 or Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 in the crystallized glass powder is preferably 20% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and 70% by mass or more. Further preferred. If the amount of crystals is less than 20% by mass, the conductivity tends to be insufficient. In addition, although it does not specifically limit about an upper limit, In reality, it is 99 mass% or less, Furthermore, it is 95 mass% or less.
前駆体ガラスを粉砕して得られた前駆体ガラス粉末を、温度および雰囲気制御が可能な電気炉中で熱処理することで所望の結晶化ガラス粉末を作製することができる。熱処理の温度履歴は前駆体ガラスの組成、所望とする結晶子の粒子サイズによって異なるため特に限定されるものではないが、少なくともガラス転移温度、さらには結晶化温度以上で熱処理を行うことが適当である。上限は1000℃、さらには950℃である。熱処理温度がガラス転移温度未満であると、十分な導電性向上の効果を得ることができない虞がある。一方、熱処理温度が1000℃を超えると結晶が融解する虞がある。具体的な熱処理の温度範囲としては、500〜1000℃であることが好ましく、550〜950℃であることがより好ましい。熱処理時間は、前駆体ガラスの結晶化が十分に進行するよう適宜調整される。具体的には、10〜60分間であることが好ましく、20〜40分間であることがより好ましい。 The desired crystallized glass powder can be produced by heat-treating the precursor glass powder obtained by pulverizing the precursor glass in an electric furnace capable of controlling the temperature and atmosphere. The temperature history of the heat treatment is not particularly limited because it varies depending on the composition of the precursor glass and the desired crystallite particle size, but it is appropriate to carry out the heat treatment at least at the glass transition temperature or even above the crystallization temperature. is there. The upper limit is 1000 ° C, and further 950 ° C. If the heat treatment temperature is lower than the glass transition temperature, there is a possibility that a sufficient conductivity improvement effect cannot be obtained. On the other hand, if the heat treatment temperature exceeds 1000 ° C., the crystals may melt. The specific temperature range for the heat treatment is preferably 500 to 1000 ° C, more preferably 550 to 950 ° C. The heat treatment time is appropriately adjusted so that the crystallization of the precursor glass proceeds sufficiently. Specifically, it is preferably 10 to 60 minutes, and more preferably 20 to 40 minutes.
本発明のリチウム二次電池正極材料は、結晶化ガラス粉末に対して、導電性を向上させるために、電子伝導性が高く安定な導電活物質を含有してなるものである。導電活物質は結晶化ガラス粉末界面に担持されてなることが好ましい。導電活物質としては、グラファイト、アセチレンブラック、アモルファスカーボンなどの炭素系導電活物質や金属粉末などの金属系導電活物質などが挙げられる。アモルファスカーボンとしては、FTIR分析において、正極材料の導電性低下の原因となるC−O結合ピークやC−H結合ピークが実質的に検出されないものが好ましい。 The positive electrode material for a lithium secondary battery of the present invention contains a conductive active material having a high electron conductivity and a stability in order to improve the conductivity with respect to the crystallized glass powder. The conductive active material is preferably supported on the crystallized glass powder interface. Examples of the conductive active material include carbon-based conductive active materials such as graphite, acetylene black, and amorphous carbon, and metal-based conductive active materials such as metal powder. As the amorphous carbon, those in which a C—O bond peak or a C—H bond peak causing a decrease in conductivity of the positive electrode material is not substantially detected in the FTIR analysis are preferable.
導電活物質の粒子径は小さいほど、各結晶化ガラス粉末粒子界面に均一に分散させることができる。具体的には、導電活物質の粒子径は、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。導電活物質の粒子径が50μmより大きいと、各結晶化ガラス粉末粒子界面に均一に分散させることが困難になる傾向がある。下限については特に限定されないが、現実的には0.05μm以上である。 The smaller the particle diameter of the conductive active material, the more uniformly it can be dispersed at each crystallized glass powder particle interface. Specifically, the particle diameter of the conductive active material is preferably 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less. When the particle diameter of the conductive active material is larger than 50 μm, it tends to be difficult to uniformly disperse at each crystallized glass powder particle interface. Although it does not specifically limit about a minimum, It is 0.05 micrometer or more actually.
導電活物質の含有量としては、結晶化ガラス粉末100質量部に対して、0.1〜50質量部であることが好ましく、2〜40質量部であることが好ましく、3〜30質量部であることがさらに好ましい。導電活物質の含有量が0.1質量部未満であると、結晶化ガラスに対する導電性付与の効果が十分に得られない傾向がある。導電活物質の含有量が50質量部を超えると、リチウムイオン二次電池において正極と負極の電位差が小さくなり、所望の起電力が得られなくなる虞がある。 As content of an electroconductive active material, it is preferable that it is 0.1-50 mass parts with respect to 100 mass parts of crystallized glass powder, It is preferable that it is 2-40 mass parts, 3-30 mass parts More preferably it is. If the content of the conductive active material is less than 0.1 parts by mass, the effect of imparting conductivity to the crystallized glass tends not to be sufficiently obtained. When the content of the conductive active material exceeds 50 parts by mass, the potential difference between the positive electrode and the negative electrode in the lithium ion secondary battery becomes small, and a desired electromotive force may not be obtained.
導電活物質を結晶化ガラス粉末界面に担持させる方法としては、グルコース;脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸等のカルボン酸;および有機バインダーなどの有機化合物を前駆体ガラス粉末に添加・混合し、チッ素などの不活性雰囲気または水素、アンモニア、一酸化炭素などの還元雰囲気にて熱処理し、前駆体ガラス粉末を結晶化させるとともに、得られる結晶化ガラス粉末界面に導電活物質であるアモルファスカーボンなどの炭素成分を残留させる方法が挙げられる。前述したように、アモルファスカーボンとしては、十分に熱処理を行うことにより、FTIR分析において、正極材料の導電性低下の原因となるC−O結合ピークやC−H結合ピークが実質的に検出されないものが好ましい。 As a method for supporting the conductive active material on the crystallized glass powder interface, glucose; a carboxylic acid such as an aliphatic carboxylic acid or an aromatic carboxylic acid; and an organic compound such as an organic binder are added to and mixed with the precursor glass powder. Heat treatment in an inert atmosphere such as nitrogen or a reducing atmosphere such as hydrogen, ammonia or carbon monoxide to crystallize the precursor glass powder, and amorphous carbon which is a conductive active material at the obtained crystallized glass powder interface The method of leaving the carbon component of this is mentioned. As described above, as the amorphous carbon, the CO bond peak or CH bond peak that causes the decrease in the conductivity of the positive electrode material is not substantially detected in the FTIR analysis by sufficiently performing the heat treatment. Is preferred.
ここで、脂肪族カルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、シュウ酸などが挙げられる。芳香族カルボン酸としては、安息香酸、フタル酸、マレイン酸などが挙げられる。有機バインダーとしては、アクリル樹脂、ポリエチレングリコール、ポリエチレンカーボネート、ポリメチルスチレン、エチルセルロースなどが挙げられる。アクリル樹脂としては、ポリブチルメタアクリレート、ポリエチルメタアクリレート、ポリメチルメタアクリレートなどが挙げられる。 Here, examples of the aliphatic carboxylic acid include acetic acid, propionic acid, butyric acid, and oxalic acid. Examples of the aromatic carboxylic acid include benzoic acid, phthalic acid, maleic acid and the like. Examples of the organic binder include acrylic resin, polyethylene glycol, polyethylene carbonate, polymethylstyrene, and ethyl cellulose. Examples of the acrylic resin include polybutyl methacrylate, polyethyl methacrylate, and polymethyl methacrylate.
前記方法によれば、結晶化ガラス粉末界面に導電活物質を均一に担持させることができる。また、有機バインダーは、正極材料の成型性と導電性の2つの特性に寄与することができる。つまり、シート形状に容易に成形することが可能となり、焼成後に再度粉砕することなく電池の正極材料として利用することも可能となる。ここで、熱処理の温度履歴は、前駆体ガラスの結晶化工程について述べた通りである。具体的には、少なくともガラス転移温度、さらには結晶化温度以上で熱処理を行うことが適当である。上限は1000℃、さらには950℃である。熱処理温度がガラス転移温度未満であると、十分な導電性向上の効果を得ることができない虞がある。一方、熱処理温度が1000℃を超えると結晶が融解する虞がある。具体的な熱処理の温度範囲としては、500〜1000℃であることが好ましく、550〜950℃であることがより好ましい。熱処理時間は、前駆体ガラスの結晶化が十分に進行し、かつ導電活物質を各結晶化ガラス界面に十分残留させることができるよう適宜調整される。具体的には、10〜60分間であることが好ましく、20〜40分間であることがより好ましい。 According to the method, the conductive active material can be uniformly supported on the crystallized glass powder interface. In addition, the organic binder can contribute to two characteristics of the positive electrode material, that is, moldability and conductivity. That is, it can be easily formed into a sheet shape and can be used as a positive electrode material for a battery without being pulverized again after firing. Here, the temperature history of the heat treatment is as described for the crystallization process of the precursor glass. Specifically, it is appropriate to perform the heat treatment at least at the glass transition temperature or even at the crystallization temperature or higher. The upper limit is 1000 ° C, and further 950 ° C. If the heat treatment temperature is lower than the glass transition temperature, there is a possibility that a sufficient conductivity improvement effect cannot be obtained. On the other hand, if the heat treatment temperature exceeds 1000 ° C., the crystals may melt. The specific temperature range for the heat treatment is preferably 500 to 1000 ° C, more preferably 550 to 950 ° C. The heat treatment time is adjusted as appropriate so that the crystallization of the precursor glass can proceed sufficiently and the conductive active material can sufficiently remain at each crystallized glass interface. Specifically, it is preferably 10 to 60 minutes, and more preferably 20 to 40 minutes.
その他にも、結晶化ガラス粉末に導電活物質を添加し、混合する方法が挙げられる。導電活物質の添加量としては、結晶化ガラス粉末100質量部に対して、0.1〜50質量部であることが好ましく、1〜30質量部であることが好ましく、5〜20質量部であることがさらに好ましい。導電活物質の添加量が0.1質量部未満であると、結晶化ガラスに対する導電性付与の効果が十分に得られない傾向がある。導電活物質の添加量が50質量部を超えると、リチウムイオン二次電池において正極と負極の電位差が小さくなり、所望の起電力が得られなくなる虞がある。なお、導電活物質として有機化合物を用いる場合は、グラファイト換算で、上記範囲の含有量を満たすことが好ましい。 In addition, there is a method in which a conductive active material is added to the crystallized glass powder and mixed. As addition amount of an electroconductive active material, it is preferable that it is 0.1-50 mass parts with respect to 100 mass parts of crystallized glass powder, It is preferable that it is 1-30 mass parts, 5-20 mass parts More preferably it is. When the addition amount of the conductive active material is less than 0.1 parts by mass, there is a tendency that the effect of imparting conductivity to the crystallized glass cannot be obtained sufficiently. When the addition amount of the conductive active material exceeds 50 parts by mass, the potential difference between the positive electrode and the negative electrode is reduced in the lithium ion secondary battery, and a desired electromotive force may not be obtained. In addition, when using an organic compound as an electroconductive active material, it is preferable to satisfy | fill content of the said range in graphite conversion.
本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料の電気伝導度は、1.0×10−8S・cm−1以上であり、1.0×10−6S・cm−1以上であることが好ましく、1.0×10−4S・cm−1以上であることがより好ましい。 The electrical conductivity of the positive electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention is 1.0 × 10 −8 S · cm −1 or more and 1.0 × 10 −6 S · cm −1 or more. Preferably, it is 1.0 × 10 −4 S · cm −1 or more.
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to this Example.
(実施例1:リチウムイオン二次電池正極材料用前駆体ガラスの作製)
Li2CO3、Fe(II)C2O4・2H2O、Nb2O5、NH4H2PO4、MnO2を原料とし、表1〜3に記載のモル比となるように試料A〜C、J〜Uの原料粉末を調合し、窒素雰囲気中にて300℃で10時間仮焼してアンモニア、水等を除去した後に、1200℃にて15分間一酸化炭素雰囲気中にて溶融を行った。その後、プレス急冷することによりガラス試料を作製した。
(Example 1: Preparation of precursor glass for positive electrode material of lithium ion secondary battery)
Samples were prepared using Li 2 CO 3 , Fe (II) C 2 O 4 .2H 2 O, Nb 2 O 5 , NH 4 H 2 PO 4 , and MnO 2 as raw materials and having the molar ratios shown in Tables 1 to 3. A to C and J to U raw material powders were prepared and calcined at 300 ° C. for 10 hours in a nitrogen atmosphere to remove ammonia, water, etc., and then at 1200 ° C. for 15 minutes in a carbon monoxide atmosphere Melting was performed. Then, the glass sample was produced by press-cooling rapidly.
(実施例2:リチウムイオン二次電池正極材料用結晶化ガラス粉末の作製)
試料A〜C、J〜Uの組成のガラス粉末を一軸加圧成型にて直径13mmφ、厚さ1mmにペレット成型後、示差熱分析により得られた結晶化温度にて窒素雰囲気中で5時間熱処理を行った。試料A〜Cについて、熱処理後のX線回折パターンを図1に示す。Nb2O5の添加量に関係なくLiFePO4由来の回折線が確認された。また、試料J〜PについてもLiFePO4結晶が析出していることが確認された。さらに、試料Q〜Uについては、表3に示すようなLiMnxFe1−xPO4(0<x<1)で表される結晶が析出していることが確認された。金電極をペレットの両端に形成し交流インピーダンス法により電気伝導度を測定したところ結晶化前の前駆体ガラス粉末は10−11S・cm−1であったのに対し、結晶化後の結晶化ガラス粉末は概ね10−9S・cm−1程度の電気伝導度を示した。ガラス転移温度Tgおよび結晶化温度Tcについては、示差熱分析により測定した。
(Example 2: Production of crystallized glass powder for positive electrode material of lithium ion secondary battery)
Samples A to C and glass powders of J to U were uniaxially pressed to form a pellet with a diameter of 13 mmφ and a thickness of 1 mm, and then heat treated in a nitrogen atmosphere at the crystallization temperature obtained by differential thermal analysis for 5 hours. Went. The X-ray diffraction patterns after heat treatment for Samples A to C are shown in FIG. Regardless of the amount of Nb 2 O 5 added, LiFePO 4 -derived diffraction lines were confirmed. In addition, it was confirmed that LiFePO 4 crystals were also precipitated for samples J to P. Further, for samples Q~U, it was confirmed that crystal represented by Table 3 in LiMn x Fe 1-x PO 4 as shown (0 <x <1) is precipitated. When gold electrodes were formed at both ends of the pellet and the electrical conductivity was measured by the alternating current impedance method, the precursor glass powder before crystallization was 10 −11 S · cm −1 , whereas crystallization after crystallization was performed. The glass powder exhibited an electrical conductivity of about 10 −9 S · cm −1 . The glass transition temperature Tg and the crystallization temperature Tc were measured by differential thermal analysis.
(実施例3:リチウム二次電池正極材料の作製1)
試料Cのガラス粉末に対して、表4に示す量のグラファイト粉末を添加し混合粉末を得た。その後、一軸加圧成形により直径13mmφ、厚さ1mmとなるように混合粉末をペレット状に成形し試料D〜Iを得た。得られた試料のうち、試料C、D、G〜Iの粉末X線回折パターンを図2に示す。LiFePO4由来の回折線以外にグラファイト由来の回折線が確認され、熱処理後もグラファイトが残留していることがわかった。また、それぞれの試料の粉末X線回折パターンからシェラーの式を用いて求めたLiFePO4結晶子サイズは20〜60nmと見積もられる。
(Example 3: Production of positive electrode material for lithium secondary battery 1)
The amount of graphite powder shown in Table 4 was added to the glass powder of Sample C to obtain a mixed powder. Thereafter, the mixed powder was formed into pellets so as to have a diameter of 13 mmφ and a thickness of 1 mm by uniaxial pressure molding to obtain samples D to I. Among the obtained samples, the powder X-ray diffraction patterns of Samples C, D, and G to I are shown in FIG. A diffraction line derived from graphite was confirmed in addition to the diffraction line derived from LiFePO 4, and it was found that graphite remained even after the heat treatment. Moreover, LiFePO 4 crystallite size was determined using respective equations from the powder X-ray diffraction pattern Scherrer sample is estimated to be 20 to 60 nm.
試料D〜Iに金電極を形成し、交流インピーダンス法により、室温〜200℃の温度範囲で電気伝導度を測定した。図3には電気伝導度の温度依存性を示す。また室温での電気伝導度を表4に示す。グラファイトの添加量が増大するにしたがい電気伝導度は著しく上昇した。このことからグラファイトの添加は電気伝導度の向上に効果的であることがわかった。 Gold electrodes were formed on samples D to I, and the electrical conductivity was measured in the temperature range of room temperature to 200 ° C. by the alternating current impedance method. FIG. 3 shows the temperature dependence of electrical conductivity. Table 4 shows the electrical conductivity at room temperature. As the amount of graphite increased, the electrical conductivity increased significantly. This indicates that the addition of graphite is effective in improving the electrical conductivity.
(実施例4:リチウム二次電池正極材料の作製2)
実施例1で作製した試料Cのガラス粉末100質量部に対して、グルコース(C6H12O6)粉末10質量部(グラファイト換算5.6質量部に相当)を混ぜた後に、一軸加圧成形により直径13mmφ、厚さ1mmのペレット状に成型し、窒素中800℃にて30分間熱処理を行った。熱処理後のX線回折パターンを図4に示す。また、試料Cのガラス粉末のみを熱処理したもののX線回折パターンもあわせて図4に示す。ラマン散乱分光スペクトルを測定したところ、アモルファスカーボンの存在が確認された。
(Example 4:
After mixing 10 parts by weight of glucose (C 6 H 12 O 6 ) powder (corresponding to 5.6 parts by weight in terms of graphite) with 100 parts by weight of the glass powder of Sample C produced in Example 1, uniaxial pressurization Molded into a pellet having a diameter of 13 mmφ and a thickness of 1 mm, and heat-treated in nitrogen at 800 ° C. for 30 minutes. The X-ray diffraction pattern after the heat treatment is shown in FIG. FIG. 4 also shows an X-ray diffraction pattern of only the glass powder of Sample C that was heat-treated. The presence of amorphous carbon was confirmed by measuring the Raman scattering spectrum.
その後、試料の両端面に金電極を形成し、交流インピーダンス法により、室温で電気伝導度を測定したところ、1.76×10−3S・cm−1を示した。このことから、LiFePO4の粒界にアモルファスカーボンがコーティングされることにより、グラファイトを混ぜた試料よりも電気伝導度の向上に効果的であることが考えられる。 Thereafter, gold electrodes were formed on both end faces of the sample, and the electrical conductivity was measured at room temperature by the alternating current impedance method. As a result, it was 1.76 × 10 −3 S · cm −1 . From this, it can be considered that the amorphous carbon is coated on the grain boundary of LiFePO 4 , which is more effective in improving the electrical conductivity than the sample mixed with graphite.
(実施例5:リチウム二次電池正極材料の作製3)
実施例1で作製した試料Cのガラス粉末100質量部に対して、粉体のアクリル樹脂(ポリアクリロニトリル)30質量部(グラファイト換算18.9質量部に相当)、可塑剤として3質量部のブチルベンジルフタレート、溶剤として35質量部のメチルエチルケトンを混合することによってスラリー化し、公知のドクターブレード法によって、厚み200μmのシート状に成形した後、室温で約2時間乾燥させた。次いで、このシート材料を所定の大きさに切断し、窒素中800℃にて30分間熱処理を行った。
(Example 5: Production of lithium secondary battery positive electrode material 3)
30 parts by mass of powdered acrylic resin (polyacrylonitrile) (corresponding to 18.9 parts by mass in terms of graphite) and 3 parts by mass of butyl as a plasticizer with respect to 100 parts by mass of the glass powder of sample C produced in Example 1 The mixture was slurried by mixing benzyl phthalate and 35 parts by mass of methyl ethyl ketone as a solvent, formed into a sheet having a thickness of 200 μm by a known doctor blade method, and then dried at room temperature for about 2 hours. Next, this sheet material was cut into a predetermined size and heat-treated at 800 ° C. for 30 minutes in nitrogen.
その後、試料の両端面に金電極を形成し、交流インピーダンス法により、室温で電気伝導度を測定したところ、1.4×10−3S・cm−1を示した。また、得られた試料粉末の炭素含有量をEDX分析で測定したところ、任意の3箇所において5.3〜6.2質量%(ガラス粉末100質量部に対して5.6〜6.6質量部)であり、炭素が均一に分布していることが確認された。このことから、LiFePO4の粒界にアモルファスカーボンがコーティングされることにより、グラファイトを混ぜた試料よりも電気伝導度の向上に効果的であることが考えられる。 Thereafter, gold electrodes were formed on both end faces of the sample, and the electrical conductivity was measured at room temperature by an alternating current impedance method. As a result, 1.4 × 10 −3 S · cm −1 was shown. Moreover, when carbon content of the obtained sample powder was measured by EDX analysis, it was 5.3-6.2 mass% (5.6-6.6 mass with respect to 100 mass parts of glass powders) in arbitrary three places. It was confirmed that carbon was uniformly distributed. From this, it can be considered that the amorphous carbon is coated on the grain boundary of LiFePO 4 , which is more effective in improving the electrical conductivity than the sample mixed with graphite.
本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料は、ノートパソコンや携帯電話等の携帯型電子機器や電気自動車などに好適である。 The positive electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention is suitable for portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones, and electric vehicles.
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